基于計算機控制的織物感應靜電衰減測試儀的研制

趙相彬

摘要：本文主要介紹了基于計算機控制的織物感應靜電衰減測試儀的研制關鍵技術。儀器采用可調穩(wěn)定的±5kV高壓直流電源，在計算機控制下，實現(xiàn)自動開關電機和高壓電源，操作安全方便。為了對織物在高壓電源下感應的靜電電量、靜電電壓衰減的半衰期和殘留的靜電電荷量進行檢測，本文分別使用了定時法和定壓法。試驗結果表明儀器具有良好的穩(wěn)定性，能夠準確可靠地對織物的靜電衰減性能進行評價。

關鍵詞：靜電；計算機控制；半衰期；靜電衰減性能；穩(wěn)定性

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0250-03

Development of Fabric Electrostatic Decay Tester Based on Computer Control

ZHAO Xiang-bin

（Office of Admissions and Employment， Shandong Foreign Trade Vocational College， Qingdao 266100， China）

Abstract： This paper mainly introduces the key technologies of the development of fabric electrostatic decay tester based on computer control. The instrument uses a stable and adjustable ±5kV high voltage DC power. Under the control of the computer， it can realize automatic switch motors and high-voltage power supply， which is safe and convenient. The amount of the fabric induction electrostatic charge， half-life of the static voltage attenuation and electrostatic residues are detected by constant time method and constant pressure method. The results show the fabric electrostatic decay tester has a good stability and can well evaluate the fabric static decay property.

Key words： Electrostatic； Computer Control； Half-life Period； Static Decay Property； Stability

靜電衰減性能作為一個重要的指標主要用來對織物防靜電性能進行衡量，通常靜電衰減性能好的織物能在短時間內完成靜電的產生和消散過程。靜電衰減的半衰期（當外界作用撤除后，織物感應的靜電電壓衰減為初始電壓的一半所需要的時間）作為衡量織物防靜電性能的定量參數(shù)，是衡量物體泄露電荷快慢，能否誘發(fā)靜電災害的重要物理參量[1，2]。

靜電具有非常大的危害性，當人體積累一定量的靜電電壓后，若接觸門把手等接地物體時就會產生放電，給人體帶來不適感甚至會造成巨大的危害。為了更好地評價織物的靜電衰減性能[3]，為后期防靜電材料的研制提供參考，因此我們開發(fā)了基于計算機控制的織物感應靜電衰減測試儀。通過使用計算機來控制電機和高壓源的開關，可保證儀器在使用過程中安全可靠。

1 織物感應靜電衰減性能測試原理

根據被測試樣帶電方式的不同，靜電衰減性能的測量方法包括電暈噴電法、充電法和摩擦法[4]。本文介紹的儀器主要采用電暈噴電法：在試驗的過程中，電暈噴電裝置和電位測量裝置固定不動，被測試樣運動。使用電暈噴電法測量織物的靜電衰減性能操作簡單且可重復試驗，能對被測試樣實現(xiàn)非破壞性的測量[5]。

測試開始時，首先使用電暈噴電裝置對被測試樣進行定時間放電，當試樣感應的電壓達到最大值并穩(wěn)定后，計算機記錄該最大電壓值并通過控制輸出自動關閉高壓電源。迅速將被測試樣接地使其開始自然放電，通過計算機實時監(jiān)測試樣表面的靜電電壓值，當靜電電壓值衰減到最大電壓值的一半時記錄衰減時間或達到規(guī)定的衰減時間時記錄靜電電壓值，并以此作為評估被測材料防靜電性能的重要參數(shù)。

2 儀器設計

在對儀器進行整體設計時，主要從主機模塊、計算機控制模塊和數(shù)據處理模塊三大部分完成設計。儀器的整體結構如圖1所示。

2.1 儀器主機模塊

儀器主機采用對被測試樣實現(xiàn)非破壞性測量的電暈噴電測量方法，主機的測試裝置包括：高壓源與噴電裝置、機械轉動裝置和電位測量裝置三部分。

高壓源與噴電裝置的主要作用是對試樣進行充電。為避免實驗室電壓不穩(wěn)對試驗結果造成較大影響，儀器使用24V直流電作為輸入電壓，通過自激振蕩電路將直流電轉為交流電并在升壓變壓器的作用下升壓為交流電壓，之后再經過倍壓整流電路輸出可調穩(wěn)定的±5kV高壓直流電源。該儀器中噴電電極與試樣之間放電距離設計為20mm。

機械轉動裝置由電機和金屬轉盤組成。當金屬轉盤在電機的驅動下開始轉動，被測試樣與電位測量裝置之間位置發(fā)生變化導致電容量變化，從而感應出持續(xù)的交流信號。為保證儀器在試驗過程中保證整體平衡且有穩(wěn)定的輸出信號，在儀器主機模塊的設計中特選擇了轉速穩(wěn)定在 1500r/min的直流電機。

電位測量裝置用來測量被測試樣感應出的靜電電壓，在儀器的設計中使用電位檢測探頭來測量靜電電壓的大小，電位檢測探頭與試樣的間距為15mm。試驗過程中，試樣的尺寸裁剪為60mm×80mm，在試驗過程中試樣的有效測量面積相對較小，同時作為高壓源的噴電裝置與用于測量感應靜電電壓的電位測量裝置間的距離較大，因此噴電裝置產生的電場不會對試驗結果產生影響。

2.2計算機控制模塊

為了保證試驗過程安全方便，織物感應靜電衰減測試儀使用計算機來控制高壓源與電機的自動開關。在計算機控制模塊中使用BAOTRON BC6602板卡實現(xiàn)儀器與計算機的通信。BAOTRON BC6602具有16路單端模擬輸入通道和2路接地端。試驗過程中，儀器檢測到織物表面感應的靜電電壓值并將該信號輸出給板塊，板卡在接收到信號后，通過A/D轉換裝置將該信號轉換成計算機可識別的相對應的數(shù)字信號，同時計算機輸出的數(shù)字信號也可以通過A/D轉換對應的控制信號輸出給儀器，進而實現(xiàn)對儀器高壓源和電機的控制。

在計算機控制模塊的設計中，在輸出電機停止轉動的控制信號和強制試驗停止的控制信號時，高壓關閉的控制信號也同時輸出，充分保證試驗過程的安全可靠。

2.3 數(shù)據處理模塊

織物感應靜電測試儀器的動作響應及數(shù)據采集都是通過計算機來實現(xiàn)的，儀器數(shù)據采集與處理部分的程序采用VB語言實現(xiàn)，計算機系統(tǒng)能夠實時顯示織物在感應高壓及接地后自然放電過程中電壓的變化，通過計算機處理，得到織物感應靜電衰減的半衰期或衰減到規(guī)定時間時織物表面的靜電殘余量。試驗過程中，程序運行的主界面如圖3所示。

3 試驗及結果分析

根據標準GB/T 12703.1-2008《紡織品靜電性能的評定 第1部分：靜電壓半衰期》的規(guī)定，測量織物感覺靜電衰減性能的試驗環(huán)境條件為：溫度（20±2 ） ℃，相對濕度（35± 5 ） %RH。為了保證試驗結果的有效性，在試驗之前，試樣需要在上述要求的試驗條件下平衡至少24h。

測量靜電衰減性能主要有兩種方法，分別是定時法和定壓法。不同試樣的靜電衰減性能存在差異，因此在試驗過程中可以選擇合適的測量方法[6][7]。在計算機的控制作用下，上述兩種測量方法的具體測量過程如下：

（1）定時法：對被測試樣進行定時間加壓（根據標準要求加壓時間設為30s），30s后在計算機控制下自動關閉高壓源并記錄此時的最大電壓值。關閉高壓源后，金屬轉盤仍然繼續(xù)轉動，在此過程中，計算機對試樣表面的靜電電壓值進行實時檢測并記錄。當達到規(guī)定的時間（60s）后，計算機記錄此時試樣表面殘留的靜電電壓值，通過輸出控制信號，關閉電機轉動，試驗停止。

（2）定壓法：對試樣進行加壓的過程與定時法相同。在試樣表面靜電電壓衰減的過程中，計算機實時記錄并分析電壓值的變化，當靜電電壓值衰減到最大電壓值的一半時，計算機自動記錄對應的衰減時間，同時通過電路控制關閉電機的轉動，試驗停止。如果半衰期大于60s，則記錄此時試樣表面殘留的靜電電壓值，試驗停止。

為了驗證儀器的準確性和穩(wěn)定性，選擇了金屬銅片A、普通織物B和添加抗靜電劑的織物C進行了試驗并使用定壓法對試樣的靜電衰減半衰期進行了測量。在試驗過程中為保證試驗結果的有效性，每種試樣分別測試三次，最后結果取三次試驗結果的平均值，試驗結果見表1。

根據試驗結果可以看出：絕緣材料在感應靜電后放電困難，容易造成電荷的積累；導體金屬銅片，在接地的一瞬間所帶電荷以非常快的速度被釋放掉；添加抗靜電劑的織物半衰期明顯小于普通的織物材料，在接地后電荷很快被釋放，不易產生電荷積累，這也正好符合了防靜電織物的特性[8][9]。

4 結論

本文主要對基于計算機控制的織物感應靜電衰減性能測試儀進行了介紹，儀器包括主機模塊、計算機模塊和數(shù)據處理模塊三個主要組成部分。主機模塊采用了穩(wěn)定可調的±5kV 的高壓直流電源。通過計算機控制模塊的設計，實現(xiàn)了電機和高壓電源自動開關，保證了試驗過程的安全方便。為了更準確地對織物感應靜電的靜電衰減性能進行評價，本文分別使用了定時法和定壓法進行了試驗。試驗結果表明該儀器具有良好的穩(wěn)定性，能夠正確評價織物的靜電衰減性能，可用于紡織品和服裝的靜電衰減性能檢測，為防靜電材料的研制提供指導。

參考文獻：

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